Процессы частичной нитрификации и анаммокс
В 1995 г. появилось первое сообщение об использовании с целью снижения энергозатрат при биологической очистке сточных вод анаэробных аммонийокисляющих бактерий (анаммокс) для биологического удаления азота [3].
В традиционном процессе нитри-денитрификации кислород потребляется аэробными аммонийокисляющими бактериями (АОБ) и аммонийокисляющими архебактериями (АОА), а также нитритокисляющими бактериями (НОБ), результатом чего является окисление всего аммония (NH₄⁺) до нитратов (NO₃⁻) с последующим восстановлением нитратов до азота (N₂) гетеротрофными денитрифицирующими бактериями с использованием органического углерода в качестве донора электронов.
При подавлении нитритокисляющих бактерий реализуется процесс частичной нитрификации-денитрификации, предусматривающий окисление аммония только до нитритов (NO₂⁻). Однако частичная нитрификация-денитрификация требует еще полного аэробного окисления аммония и использования существенной части ХПК для восстановления NO₂⁻. В отличие от этого анаммокс-бактерии непосредственно окисляют аммоний до азота, используя NO₂- в качестве акцептора электронов.
В результате комбинирования частичной нитрификации (окисления аммония до NO₂⁻ в присутствии АОБ и АОА) и процесса анаммокс реализуется модернизированная схема биологического удаления азота, позволяющая снизить потребление кислорода на 60% (с соответствующей экономией электроэнергии, расходуемой при аэрации) [4].
Кроме этого, потребность в органическом углероде для гетеротрофной денитрификации снижается примерно на 90%, устраняя необходимость использования дорогостоящего дополнительного органического донора электронов (например, метанола) или, создавая возможность направления ХПК сточных вод на анаэробное сбраживание для производства метана [5].
Дополнительным преимуществом является существенное снижение отходов биомассы в результате меньшего ее выхода в процессе анаммокс в сравнении с гетеротрофной денитрификацией.
Формула:
В соответствии со стехиометрией данное соотношение необходимо для метаболизма в процессе анаммокс, и частичная нитрификация NH₄⁺ до NO₂⁻ в присутствии АОБ и АОА является обычным путем получения необходимого количества нитритов [6].
В настоящее время можно говорить о существовании трех схем удаления азота:
- традиционная нитрификация-денитрификация,
- частичная нитрификация-денитрификация,
- частичная нитрификация-анаммокс.
Возможности существенного повышения энергоэффективности очистных сооружений могут быть реализованы путем выбора вариантов технологической схемы частичная нитрификация-анаммокс (Рис. 1).
Схема А для обработки возвратных потоков анаэробного сбраживания осадка сточных вод, схемы В и С для обработки основного потока сточных вод.
Схема А. 1-сточные воды после первичной обработки; 2-процесс с активным илом (разбавленные сточные воды); 3-аноксидная зона; 4-оксидная зона; 5-вторичный отстойник; 6-сточные воды на доочистку; 7-одноступенчатый/двухступенчатый реактор для процесса анаммокс; 8-осадок анаэробного сбраживания; 9-анаэробное сбраживание; 10-биогаз; 11-когенерационная установка; 12-тепло; 13-электроэнергия.
Схема B. 1-процесс с активным илом (концентрированные сточные воды); 2- отстойник; 3-осадок; 4-одноступенчатый реактор для процесса анаммокс; 5- сточные воды на доочистку; 6-(в качестве варианта); 7-циклон (в качестве варианта); 8-процесс анаммокс; 9-осадок анаэробного сбраживания; 10-анаэробное сбраживание; 11-биогаз; 12-когенерационная установка; 13-электроэнергия; 14-тепло.
Схема C. 1-анаэробный мембранный биореактор; 2-биогаз; 3-когенерационная установка; 4-электроэнергия; 5-тепло; 6-процесс анаммокс; 7-циклон (в качестве варианта); 8-сточные воды на доочистку
Автор статьи: Кофман Владимир Яковлевич
